Когда и где упадут обломки китайской космической станции «Тяньгун-1»
К Земле приближается китайская космическая станция «Тяньгун-1». Китайские ученые не управляют ее падением, и, чисто теоретически, ее обломки могут упасть на какой-нибудь густонаселенный район Земли. Ожидается, что станция войдет в верхние слои атмосферы уже 1 апреля. N + 1 решил разобраться в том, что представляет собой «Тяньгун-1», какие предположения ученые строят относительно места и времени ее падения и велика ли на самом деле опасность для землян.
«Тяньгун-1» — первая космическая станция, полностью построенная и запущенная Китайским национальным космическим управлением. Хотя она провела на орбите шесть с половиной лет и даже приняла две пилотируемые экспедиции, станция по сути является экспериментальной — с ее помощью Пекин тестировал системы и оборудование, готовясь к запуску более крупной многомодульной станции, которая также будет называться «Тяньгун» («Небесный дворец»).
Первая китайская космическая станция относительно невелика по размерам. Ее длина составляет 10,4 метра, диаметр — 3,4 метра, а масса — 8,5 тонны. Она примерно в два раза меньше последней советской одномодульной орбитальной станции «Салют-7» (длина — 14,4 метра, диаметр — 4,15 метра, масса — около 19,8 тонны), а американцы сравнивают «Тяньгун-1» с типичным желтым школьным автобусом. Станция включает в себя два модуля — экспериментальный обитаемый, объемом 15 кубометров, и грузовой. Международная космическая станция (МКС) в ее нынешнем состоянии состоит из 15 модулей, общий вес которых превышает 400 тонн.
«Тяньгун-1» запустили на орбиту 30 сентября 2011 года при помощи двухступенчатой ракеты-носителя «Чанчжэн» 2F/G/. На момент старта космическая станция была необитаемой. Старт прошел успешно, и первая стыковка состоялась уже через месяц, в ноябре 2011 года, когда к «Тяньгун-1» пристыковался беспилотный корабль «Шэньчжоу-8» («Небесная ладья») — первый китайский аппарат этой серии, снабженный стыковочным узлом.
Первые люди прибыли в «Небесный дворец» 18 июня 2012 года на корабле «Шэньчжоу-9». Среди трех членов экипажа была первая женщина-тайконавт Лю Ян. Экипаж провел на станции десять дней, занимаясь научной работой и технологическими экспериментами. С целью испытаний и на этот раз было осуществлено две стыковки — первая прошла в автоматическом режиме, вторую осуществил один из тайконавтов. Вторая экспедиция попала на «Тяньгун-1» через год — 13 июня 2013 года. Космический корабль «Шэньчжоу-10» снова доставил на станцию трех человек, среди которых снова была женщина — Ван Япин, которая даже провела из космоса урок для китайских школьников. Главная цель миссии и на этот раз была испытательной — стыковка снова прошла дважды, в автоматическом и ручном режиме.
В 2016 году Пекин вывел на орбиту второй орбитальный комплекс, «Тяньгун-2», получивший статус космической лаборатории. Дальнейшие полеты по программе «Шэньчжоу» были перенаправлены туда. «Тяньгун-1» остался на орбите. В марте 2016 года было объявлено, что связь с аппаратом прекращена и он упадет на Землю. Китайские специалисты прогнозировали, что это может произойти во второй половине 2017 года.
Год назад средняя высота орбиты станции составляла около 350 километров, к настоящему моменту она снизилась до 196 километров, уже в ближайшие дни она может войти в плотные слои атмосферы и сгореть.
Сейчас дата гибели аппарата известна с точностью примерно плюс-минус 16 часов. По данным китайской стороны, «Тяньгун» упадет на Землю в интервале с 31 марта по 2 апреля. Согласно прогнозу Центра изучения космического мусора корпорации Aerospace, это может произойти 1 апреля в 10:30 по Гринвичу плюс-минус 16 часов, а по информации NORAD — 1 апреля в 00:52 по Гринвичу плюс-минус 15 часов.
Точное место падения предсказать нельзя практически до того момента, когда аппарат начнет неконтролируемое падение. В частности, это невозможно из-за отсутствия точных данных о параметрах атмосферы, а также об ориентации станции.
«Основная проблема с расчетом времени и места входа аппарата в плотные слои атмосферы состоит в том, что ошибка такого прогноза составляет некоторую (довольно значительную) долю от интервала прогнозирования. Для наших систем она составляют около 10 процентов, в некоторых случаях, возможно, меньше. Таким образом, при прогнозе от текущего 29 марта до номинального падения, скажем, 1 апреля 04:00 UT, интервал неопределенности времени падения может составлять порядка 14 часов», — рассказал N + 1 Михаил Захваткин, научный сотрудник Института прикладной математики имени Келдыша.
«За 14 часов аппарат может сделать почти 10 витков вокруг Земли, то есть неопределенность места падения очень высока. Пока место падения можно ограничить только широкой полосой, расположенной между 43-ми параллелями к югу и северу от экватора. Выше или ниже станция не сможет забраться просто из-за наклонения орбиты», — говорит ученый.
Ошибка прогноза места и времени падения обусловлена неточностями в моделировании сопротивления атмосферы. Если бы станцией управляли, ее можно было сориентировать определенным образом, регулируя уровень торможения, но на ошибку прогноза в целом это бы не повлияло, так как ее основной источник — проблемы с моделированием плотности атмосферы вдоль траектории объекта, объясняет Захваткин.
Ошибку прогноза падения можно было бы скорректировать, начав торможение станции двигателями, чтобы сократить время ее баллистического существования. Именно так была сведена с орбиты 124-тонная станция «Мир»: 23 марта 2001 года, после трехкратного включения двигателей, она вошла в атмосферу над южной частью Тихого океана. Однако «Тяньгун-1» давно перестала отвечать на команды с Земли.
Предыдущая советская станция «Салют-7» падала примерно так же, как «Тяньгун»: падение 37-тонного аппарата (сама станция и пристыкованный к ней «Космос-1686») 7 февраля 1991 года вошла в атмосферу над Аргентиной, обломки упали в районе города Капитан Бермудес, в 400 километрах от Буэнос-Айреса. В 1979 году произошло неконтролируемое падение 77-тонной американской станции Skylab, чьи обломки рухнули на юге Австралии. В обоих случаях никто не пострадал. Единственный известный случай падения фрагмента космического мусора на человека был зафиксирован в 1997 году, когда обломок попал в плечо жительницы Оклахомы Лотти Уильямс, но не нанес ей никаких ранений.
Как правило, до земли долетает от 10 до 40 процентов от общей массы космического аппарата — все зависит от материалов его конструкции, формы и массы. Часто на Землю возвращаются топливные баки, сделанные из тугоплавкого титана или нержавеющей стали.
В большинстве случаев однако, космические аппараты падают в океан, не оставляя никаких следов.